– TERASCOPE

Le domaine des fréquences térahertz (THz) est resté longtemps inexploré à cause d'un manque de techniques efficaces en émission et en détection. Depuis vingt ans, des améliorations importantes ont été apportées aux systèmes THz et la thématique a vu un développement considérable de ses outils expérimentaux. La motivation essentielle de cette évolution est la caractérisation des matériaux et la spectroscopie chimique et biologique. D'une part, la connaissance des propriétés physiques comme la conductivité complexe des matériaux ouvre un nouveau champ applicatif, et, d'autre part, l'intérêt majeur pour la biologie réside dans la connaissance et la détection des fréquences de rotation et de vibration fondamentales des arrangements moléculaires. Corrélativement, les ondes THz ont montré leur grand intérêt dans le médical grâce à leur pénétration importante dans le corps humain. La classique imagerie d'intensité est intrinsèquement de faible résolution spatiale dans le domaine THz à cause de la limite de diffraction qui dicte une taille minimale de spot de quelques centaines de microns. Les premières démonstrations de faisabilité pour les matériaux et la biologie ont été réalisées dans ce contexte, mais cette limite doit maintenant être dépassé pour permettre l'émergence d'applications à forte valeur ajoutée scientifique et technique. La meilleure solution met en œuvre la transposition au domaine THz des techniques d'optique en champ proche. Des travaux pionniers ont ainsi montré des résolutions aussi petites que 150 nm mais au prix de l'utilisation d'un laser femtoseconde Ti:Sa qui reste compliqué et non-intégrable. De plus, nombre des techniques utilisées dans ces démonstrations ne sont pas transposables aux objets biologiques. Une approche champ proche THz en régime continu, capable de combiner simultanément une haute sensibilité spectrale avec une acquisition d'image, doit être conduite et constitue le défi de ce projet. L'objectif du projet est de construire une expérience de champ proche THz en régime continu et de la tester avec des objets tant physiques que biologiques. La bande de fréquence couvre 0.1 à 2 THz grâce à deux générateurs continus distincts, un carcinotron pour les bandes basses et, pour les plus hautes fréquences, un banc de génération THz par photomélange dans des photoconducteurs en GaAs BT qui sera construit dans le cadre du projet. Deux solutions seront utilisées pour la détection : une mesure électronique directe jusqu'à 325 GHz avec un analyseur de spectre et des microbolomètres spécialement conçus et réalisés pour les fréquences au-delà. Le sujet de la microscopie champ proche continu est très nouveau dans la littérature scientifique. Les configurations déjà envisagées empruntent les solutions déjà adoptées en champ proche optique. Même si les principes choisis donnent accès à des détails électromagnétiques spatiaux très fins, l'origine de l'information collectée est mal connue. Une question reste ouverte : est-ce que ces configurations sont sensibles à l'intensité du champ électrique, à l'intensité du champ magnétique, au flux du vecteur de Poynting ou à n'importe quelle combinaison cachée de ces paramètres ? Cette méconnaissance pose le vrai problème de l'interprétation des images puisque les composantes électrique et magnétique du champ ne se recouvrent pas à l'échelle sub-longueur d'onde. Nous proposons d'exploiter les propriétés de polarisation de microantennes spécifiques ainsi que leur aptitude à privilégier le champ soit électrique, soit magnétique, afin d'apporter une réponse innovante à cette question. Les réalisations conduites dans le domaine THz ne souffrent pas des limitations technologiques inhérentes au domaine visible où les longueurs d'onde sont 300 fois plus petites. Le THz sera utilisé comme un modèle expérimental pour tester ces concepts nouveaux de champ proche ultérieurement transférable au domaine optique. Des structures comme les cristaux photoniques, les tamis à photon, les na